Les courants électriques entraînent tous nos appareils électroniques. Le domaine émergent de la spintronique cherche à remplacer les courants électriques par ce que l'on appelle les courants de spin. Des chercheurs de l'Université de Tokyo ont fait une percée dans ce domaine. Leur découverte de l'effet Hall de spin magnétique pourrait conduire à une faible puissance, appareils à grande vitesse et à grande capacité. Ils ont créé des exemples de dispositifs qui peuvent approfondir la recherche sur des applications potentielles.

"L'électricité a illuminé le monde et l'électronique l'a connecté, " déclare le professeur Yoshichika Otani de l'Institut de physique des solides. " La spintronique sera la prochaine étape de cette procession et nous ne pouvons qu'imaginer les avancées qu'elle peut apporter. "

Alors, qu'est-ce que la spintronique et pourquoi devrions-nous être excités ?

« Essentiellement, la spintronique est utilisée pour transférer des informations, quelque chose pour lequel nous avons toujours utilisé des courants électriques, " poursuit Otani, "mais la spintronique offre toute une gamme d'avantages, dont certains que nous commençons tout juste à comprendre."

Actuellement, l'efficacité énergétique des appareils électriques et électroniques est un facteur limitant du développement technologique. Le problème réside dans la nature des courants électriques, le flux de charge sous forme d'électrons. Lorsque les électrons traversent un circuit, ils perdent de l'énergie sous forme de chaleur résiduelle. La spintronique améliore la situation - au lieu du mouvement, elle exploite une autre propriété des électrons pour transférer des informations, leur moment cinétique ou "spin".

"Dans les courants de spin, les électrons bougent toujours mais beaucoup moins que dans un courant de charge, " explique Otani. "C'est le mouvement des électrons qui conduit généralement à la résistance et à la chaleur perdue. À mesure que nous réduisons le besoin d'autant de mouvements d'électrons, nous améliorons considérablement l'efficacité. »

Pour démontrer ce phénomène, les chercheurs ont créé un nouveau type de matériau appelé « antiferromagnétique non colinéaire », le Mn3Sn, qui est un type spécial d'aimant. Dans les aimants de tous les jours, ou ferroaimants, comme ceux que l'on peut trouver sur les portes des réfrigérateurs, les spins des électrons à l'intérieur s'alignent en parallèle, ce qui imprègne le matériau de son effet magnétique. Dans cet antiferromagnétique, les spins des électrons s'alignent dans des arrangements triangulaires de sorte qu'aucune direction ne prévaut et que l'effet magnétique soit efficacement supprimé.

Lorsqu'un petit courant électrique est injecté dans Mn3Sn et qu'un champ magnétique lui est appliqué de la bonne manière, les électrons s'ordonnent en fonction de leur spin et des flux de courant électrique. C'est l'effet Hall de spin magnétique, et le processus peut être inversé avec l'effet Hall de spin inverse magnétique pour obtenir un courant électrique à partir d'un courant de spin.

Dans le Mn3Sn, les spins ont tendance à s'accumuler à la surface du matériau, il est donc découpé en couches minces pour maximiser sa surface et donc la capacité de courant de spin qu'un échantillon transporte. Les chercheurs ont déjà intégré ce matériau dans un dispositif fonctionnel pour servir de banc d'essai pour d'éventuelles applications et sont enthousiasmés par les perspectives.

"L'efficacité énergétique des systèmes électriques suffit à piquer l'intérêt de certains, mais l'utilisation d'antiferroaimants pour générer des courants de spin pourrait également améliorer d'autres aspects de la technologie, " dit Otani. " Les antiferromagnétiques plus facilement miniaturisés, fonctionnent à des fréquences plus élevées et sont plus denses que les ferroaimants."

Mais comment ces idées se traduisent-elles en applications ?

"La miniaturisation signifie que les dispositifs spintroniques pourraient être transformés en micropuces, " poursuit Otani. " Les hautes fréquences signifient que les puces spintroniques pourraient surpasser les puces électroniques en termes de vitesse de fonctionnement, et une densité plus élevée conduit à une plus grande capacité de mémoire. De plus, une faible dissipation des courants de spin à température ambiante améliore encore l'efficacité énergétique."

Des dispositifs basés sur l'effet Hall de spin traditionnel existent déjà dans la recherche en spintronique, mais l'effet Hall de spin magnétique et les nouveaux matériaux utilisés pourraient grandement améliorer toutes sortes de technologies.

"Il y a encore beaucoup de travail à faire, y compris l'exploration des principes sous-jacents du phénomène que nous étudions, " conclut Otani. " Poussé par les mystères des matières exotiques, Je suis ravi de faire partie de cette révolution technologique."